一、 前言 進(jìn)入近幾十年，機(jī)電類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)有一個(gè)明顯的現(xiàn)象，大量的計(jì)算機(jī)控制被引入到機(jī)電控制之中來。有的是基于16位、32位的單片機(jī)控制，有的是基于ARM或者DSP控制，有的是基于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)加載板卡的控制等等。本文介紹的控制系統(tǒng)是一個(gè)基于研華工業(yè)主板加載性價(jià)比較高的ISA板卡組成的控制系統(tǒng)。本控制系統(tǒng)的目的為控制一個(gè)油路的壓力以實(shí)現(xiàn)給外在系統(tǒng)一個(gè)準(zhǔn)確的驅(qū)動(dòng)力，要求此驅(qū)動(dòng)力是一個(gè)連續(xù)變化的參數(shù)，并不是離散固定的幾個(gè)數(shù)值。同時(shí)，在相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)力的作用下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速要可以調(diào)節(jié)。在控制界面上，要求通過壓力、轉(zhuǎn)速、負(fù)載等參數(shù)，實(shí)時(shí)計(jì)算出相應(yīng)參數(shù)的變化?；谝陨弦?，擬采用如下的控制方案（圖1）： 圖1 控制方案 對(duì)于電機(jī)的調(diào)速控制，擬采用變頻器來實(shí)現(xiàn)。這樣使用一個(gè)簡(jiǎn)單的開環(huán)控制就可以達(dá)到一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的控制。在本系統(tǒng)中，目標(biāo)物的最大運(yùn)動(dòng)速度為2m/s，因此需要加入減速器，而油路的壓力變化為了力求控制的精確，需要引入一個(gè)負(fù)反饋的信號(hào)。 二、 系統(tǒng)的構(gòu)建 根據(jù)這個(gè)系統(tǒng)的要求，輸入信號(hào)為：壓力信號(hào)、限位信號(hào)、開關(guān)信號(hào)量、溫度信號(hào)。輸出信號(hào)為：壓力變化信號(hào)、油路換向信號(hào)、開關(guān)信號(hào)等。系統(tǒng)構(gòu)成圖如圖2所示： 其中，油路壓力的變化采集使用匯邦公司的HB型壓力變送器，其為一個(gè)電流變化信號(hào)，量程為 0~6.3MPa，產(chǎn)生的電流變化范圍為4.02mA~20mA，使用研華pcl-711b采集。開關(guān)類的信號(hào)的采集和發(fā)出采用研華pcl-725。對(duì)于油路壓力的控制使用ATOS公司的KZGO先導(dǎo)式比例減壓閥，對(duì)先導(dǎo)式比例減壓閥的控制使用配套的EMIAC插頭式電子放大器，通過0-10v的直流電壓控制，具體的控制曲線將在下文介紹。0-10v的直流電壓的產(chǎn)生，使用研華PCL-728數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生。對(duì)油路的溫度的控制通過溫控表實(shí)現(xiàn)加熱和降溫的控制。工控機(jī)的軟件使用三維力控組態(tài)軟件控制。 圖2 系統(tǒng)構(gòu)成圖 三、 硬件部分設(shè)計(jì)使用 設(shè)定好了基本的系統(tǒng)相互控制關(guān)系，下面來詳細(xì)的說明系統(tǒng)的使用和各個(gè)元器件的使用方法注意事項(xiàng)。 1、 油路控制部分 油路控制部分的控制路線為：匯邦公司的HB型采用壓力變送器送到ISA板卡pcl-711b，工控機(jī)采集進(jìn)行軟件控制，之后輸出到ISA板卡PCL-728，到插頭式電子放大器，到先導(dǎo)式比例減壓閥，油壓變化反應(yīng)在油路中的匯邦公司的HB型采用壓力變送器，這樣構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)的油路壓力控制系統(tǒng)。這部分控制系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)控制的最關(guān)鍵的部分，直接影響了系統(tǒng)使用的精度。 ATOS公司的KZGO先導(dǎo)式比例減壓閥，是一個(gè)根據(jù)油路的最大壓力來進(jìn)行壓力比例控制的減壓閥，其控制曲線如圖3。其特點(diǎn)是使用簡(jiǎn)單方便，控制精度高，根據(jù)油路的壓力成比例的調(diào)節(jié)，控制方便，使用配套的EMIAC插頭式電子放大器直接輸入0-10v的電壓就可以進(jìn)行控制。配套的EMIAC插頭式電子放大器的接線方法如圖4所示。EMIAC插頭式電子放大器需要外接直流24v電壓?jiǎn)为?dú)供電。例如，系統(tǒng)油路的最大壓力為3MPa，那么對(duì)應(yīng)的0-10v的壓力就是當(dāng)輸入控制電壓為10v時(shí)，產(chǎn)生的系統(tǒng)壓力為3MPa。當(dāng)輸入控制電壓為5v時(shí)，產(chǎn)生的系統(tǒng)壓力為1.5MPa。 圖3 先導(dǎo)式比例減壓閥曲線 圖4 插頭式電子放大器接線 通過ISA板卡PCL-728數(shù)據(jù)采集卡連接插頭式電子放大器就可以在工控機(jī)上直接控制先導(dǎo)式比例減壓閥了。PCL-728數(shù)據(jù)采集卡是一款具有2路雙緩沖12位模擬量輸出通道的半長(zhǎng)卡。該卡的光隔離器能夠提供500V的隔離（通道與通道及輸入與輸出），以避免板卡及PC被輸出線上的危險(xiǎn)電壓損壞。您可以將每個(gè)通道的輸出范圍配置為以下值：0到+5V、0到+10V、±5V、±10、0到20mA（sink）或4到20mA電流環(huán)（匯）。其提供了：2路獨(dú)立雙緩沖12位模擬量輸出、多種電壓范圍：±10，±5V，0~+5V、0~+10V和4~20mA電流環(huán)（匯），0~20mA（sink）、輸入與輸出之間超過500V（DC）隔離保護(hù)、2個(gè)便于接線的DB-9接口。 在使用板卡前要對(duì)板卡在工控機(jī)上的地址進(jìn)行設(shè)定，避免出現(xiàn)各個(gè)板卡間出現(xiàn)地址重疊的現(xiàn)象，使板卡使用出現(xiàn)問題。PCL-728數(shù)據(jù)采集卡是通過計(jì)算機(jī)的I/O口來控制的，地址的選擇可通過面板上的8位DIP開關(guān)SW1的設(shè)置來設(shè)定。PCL-728數(shù)據(jù)采集卡的有效地址范圍是200到3F8（十六進(jìn)制），初始默認(rèn)地址為2CF。本系統(tǒng)中共使用了3個(gè)板卡的初始地址分別是初始地址為PCL-728數(shù)據(jù)采集卡為2CF、PCL-725數(shù)據(jù)采集卡為2A8、PCL-711b數(shù)據(jù)采集卡為220，可以看出其是不重疊的可以不用對(duì)地址修改。對(duì)于PCL-728數(shù)據(jù)采集卡本次使用的是0-10v的電壓，通過板卡上的撥線開關(guān)機(jī)型跳線設(shè)計(jì)。具體參照說明書。 在將板卡插入計(jì)算機(jī)之前要先安裝研華的驅(qū)動(dòng)軟件，之后在插入板卡，打開軟件界面后會(huì)有相應(yīng)的型號(hào)的選擇，按照提示進(jìn)行安裝。如圖5： 圖5 a 相應(yīng)驅(qū)動(dòng)選擇 圖 5 b 型號(hào)選擇 PCL-728數(shù)據(jù)采集卡提供2路模擬量輸出通道，每個(gè)通道只有一跟連線，輸出電壓值是相對(duì)公共地而言。外接懸浮負(fù)載連接方法如圖6 ： 圖 6 外接懸浮負(fù)載連接方法 匯邦公司的HB型采用壓力變送器的使用是與PCL-711B搭配使用的，圖7為匯邦公司的HB型采用壓力變送器電流與壓力的對(duì)應(yīng)變化。產(chǎn)生的電流變化輸入到pcl-711b，通過軟件進(jìn)行進(jìn)一步的控制。 圖7 壓力變送器 PCL-711B提供8路單端模擬量輸入通道，當(dāng)測(cè)量一個(gè)電壓信號(hào)時(shí)，將信號(hào)源一端接入到一個(gè)輸入端子上，信號(hào)源另一端接到地端子上。例如：測(cè)量一個(gè)電池的電壓，只需將電池的正極接到一個(gè)單端輸入接線端子上，將電池的負(fù)極接到模擬地端子(CN1上的任何一個(gè)AGND)上即可。單端模擬輸入信號(hào)的連接示意圖，如圖8所示。圖示為一個(gè)電壓的連接方法，在外在的連接板上通過設(shè)置就可以對(duì)電流量進(jìn)行采集。 圖8 pcl-711b連接示意圖 如上所述的設(shè)計(jì)方案，就形成了一個(gè)閉環(huán)的油路壓力控制系統(tǒng)，其控制簡(jiǎn)單，精度高，通過工控機(jī)上的軟件系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)置，就可以達(dá)到更好的控制效果?？梢酝ㄟ^各類的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)調(diào)控，也可以通過VC編程，板卡自帶了對(duì)VC等編程系統(tǒng)的支持。 2、開關(guān)量的控制 開關(guān)量的控制通過PCL-725控制，PCL-725是一款帶隔離數(shù)字量輸入/輸出半長(zhǎng)卡，該卡提供了8個(gè)機(jī)電式SPDT繼電器輸出和8個(gè)帶光電隔離的數(shù)字量輸入。該卡板載的SPDT繼電器特別適用于設(shè)備開/關(guān)控制和低電壓電源開關(guān)工作。PCL-725的8路數(shù)字量輸入通道帶有光電隔離，能在噪聲環(huán)境或有漂移電壓的情況下正常工作，也是防止對(duì)地回路問題的最好解決方法。每個(gè)繼電器都帶有一個(gè)紅色的LED指示燈，用來顯示繼電器的開/關(guān)狀態(tài)以便于監(jiān)測(cè)。通過跳線可以為每個(gè)通道單獨(dú)設(shè)置輸入通道是否帶隔離。本系統(tǒng)中的開關(guān)量如限位開關(guān)、中斷信號(hào)、接近信號(hào)、換向開關(guān)量等均通過次板卡控制。在對(duì)大功率的開關(guān)控制的時(shí)候，使用此板卡的繼電器控制低壓直流24v量，再通過次直流24v電壓驅(qū)動(dòng)大功率繼電器。這樣可以有效的保護(hù)板卡，而且可以是系統(tǒng)更加穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)橥獾倪^載電流造成計(jì)算機(jī)內(nèi)的元器件的燒毀，從而達(dá)到系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。 根據(jù)前文的說明，安裝好板卡后可以對(duì)板卡進(jìn)行測(cè)試，通過聲音和板卡上的紅色led燈的亮滅觀察板卡的工作。數(shù)字量輸入功能測(cè)試，在測(cè)試界面中點(diǎn)擊數(shù)字量輸入標(biāo)簽，彈出如圖9： 圖9數(shù)字量輸入功能測(cè)試 測(cè)試界面如圖9 所示。用戶可以方便地通過數(shù)字量輸入通道指示燈的顏色，得到相應(yīng)數(shù)字量輸入通道輸入的是低電平還是高電平（紅色為高，綠色為低）。例如，將隔離數(shù)字量輸入通道0對(duì)應(yīng)管腳DI0與隔離輸入的地GND短接，則通道0對(duì)應(yīng)的狀態(tài)指示燈(Bit0)變綠，在DI0與GND之間接入+5V~+24V電壓，則指示燈變紅。 數(shù)字量輸出功能測(cè)試，點(diǎn)擊數(shù)字量輸出標(biāo)簽,彈出如下圖10： 圖10數(shù)字量輸出功能測(cè)試 8路繼電器的輸出測(cè)試，可以通過萬用表直接測(cè)試?yán)^電器輸出端與COM端的電阻來確定繼電器是否工作正常。例如測(cè)試?yán)^電器0的輸出，當(dāng)繼電器0對(duì)應(yīng)位（BIT0）設(shè)置為低（沒有按下方框），則NC0與COM0之間的電阻為0；NO0與COM0之間的電阻為無窮大。當(dāng)對(duì)應(yīng)位（BIT0）設(shè)置為高時(shí)，NC0與COM0之間的電阻為無窮大；NO0與COM0之間的電阻為0。 在測(cè)試板卡工作正常后就可以通過實(shí)際的連接電路來使用了。數(shù)字量輸入信號(hào)連接，PCL-725的8個(gè)帶隔離數(shù)字量輸入通道RA0~RA7默認(rèn)的輸入電壓范圍是0~24V，如果要輸入更高的電壓，就需要更換限流電阻。 因?yàn)楣馀己掀髟试S通過的最大電流是60mA，輸入電流不能大于60mA。

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